Motor con retorno de agua

La máquina de retorno de agua fue una forma temprana de máquina de vapor estacionaria , desarrollada al comienzo de la Revolución Industrial a mediados del siglo XVIII. Las primeras máquinas de balancín no generaban energía mediante la rotación de un eje, sino que se desarrollaron como bombas de agua , principalmente para el drenaje de minas . La principal fuente de energía para accionar la maquinaria en fábricas y hornos era la rueda hidráulica , y al utilizar una de estas "máquinas de retorno" para devolver el agua desde debajo de la rueda hidráulica hacia arriba, esta podía funcionar con un caudal óptimo en todo momento.

La máquina de vapor no fue, como se cree comúnmente, la causa de la Revolución Industrial, sino que surgió como resultado de ella. ^{[ 1 ]} La principal fuente de energía de la Revolución, ciertamente en el siglo XVIII, fue la rueda hidráulica, no la máquina de vapor. ^{[ 2 ]}

Los orígenes de la máquina de retorno de agua comienzan con las máquinas sopladoras utilizadas para proporcionar el tiro a los altos hornos y fundiciones . Aunque los primeros hornos pueden haber sido impulsados ​​por fuelles accionados por personas o animales , ^{[ i ]} una vez que comenzó la Revolución Industrial, los nuevos hornos ampliados fueron impulsados ​​por casas sopladoras accionadas por ruedas hidráulicas .

Las fundiciones se ubican de forma más económica cerca de la fuente de su mineral , que puede carecer de energía hidráulica adecuada en las proximidades. También existe el riesgo de que la sequía interrumpa el suministro de agua, o de que la creciente demanda del horno supere la capacidad de agua disponible. En 1754, un horno en Weald sufrió tal sequía que su gerente consideró contratar obreros para hacer girar la rueda como si fuera una cinta de correr . ^{[ 3 ]}

Además de la imposibilidad de trabajar en épocas de sequía, la cantidad de agua disponible también podía variar la potencia de la maquinaria que la utilizaba. La cantidad y el tipo de trabajo que realizaban las industrias pesadas podían verse influenciados por la disponibilidad estacional de agua. En 1785, Kirkstall Forge, cerca de Leeds, escribió a un cliente: «Nos conviene laminar unas cuantas toneladas ahora mismo porque tenemos un suministro de agua abundante, y no podemos fabricar chapa fina con la misma eficacia cuando el agua escasea». ^{[ 4 ]}

Esta variación en la potencia de la rueda hidráulica según el agua disponible también condujo a avances en el diseño de las ruedas hidráulicas; la escotilla veneciana de Rennie permitía un flujo de agua controlado, cualquiera que fuera la profundidad del canal del molino , y a diferencia de una simple compuerta , siempre podía ofrecer la mayor altura de caída posible. ^{[ 5 ]}

Los problemas de suministro de agua afectarían a los propietarios de hierro durante algún tiempo. En la década de 1830, el joven Alfred Krupp seguía sufriendo problemas de escasez de agua en el arroyo Berne, lo que afectaba a los martillos de su fábrica de acero inoxidable . Debido a la falta de financiación, no fue hasta 1836 que Alfred pudo construir un martillo de vapor, independiente de este suministro de agua. ^{[ 6 ]}

Estas restricciones dieron lugar a la primera forma de máquina de vapor utilizada para la generación de energía en lugar del bombeo: la máquina de retorno de agua . Con esta máquina, se utilizaba una bomba de vapor para elevar el agua que, a su vez, impulsaba una rueda hidráulica y, por lo tanto, la maquinaria. ^{[ 1 ]} El agua de la rueda era luego devuelta por la bomba. ^{[ 7 ]} Estas primeras máquinas de vapor solo eran aptas para bombear agua y no podían conectarse directamente a la maquinaria. ^{[ 8 ]} Consumían una cantidad considerable de carbón, pero tenían la ventaja de que no era necesario utilizarlas cuando el suministro de agua era suficiente.

Los primeros ejemplos prácticos de estos motores se instalaron en 1742 en Coalbrookdale , ^{[ 9 ]} en la fábrica de latón de Nehemiah Champion en Warmley en 1749 ^{[ 10 ]} y como mejoras en la fundición de hierro de Carron en el Clyde en 1765. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Richard Ford en Coalbrookdale probó por primera vez el uso de bombas de caballos en 1735. ^{[ 13 ]} Los primeros motores eran motores de balancín atmosféricos para los sistemas de Newcomen , Smeaton o Watt . Se disponía un cilindro en lados opuestos de la balancín, uno como cilindro de trabajo alimentado con vapor y el otro como cilindro de bombeo. Los motores eran de simple efecto, la carrera de potencia era hacia abajo en el cilindro de potencia, y la bomba era una bomba de cangilones simple de acción ascendente. Los motores Watt eran de los primeros diseños atmosféricos de simple efecto de Watt. Para cuando realizó sus mejoras termodinámicas posteriores, también había desarrollado su engranaje solar y planetario y podía ofrecer motores que giraban directamente. En Coalbrookdale se construyó una gran máquina de vapor de simple efecto, la Resolution , que para cuando se entregó en 1782 ya había quedado obsoleta debido a estos avances posteriores. ^{[ 14 ]} A pesar de ello, la máquina funcionó con éxito durante casi cuarenta años.

Además de soplar hornos, la salida rotatoria de la rueda hidráulica también se usaba para accionar molinos y equipos de fábrica, mediante ejes de transmisión . A mediados del siglo XVIII, Mantoux las describe como "presentes en todas partes". ^{[ 8 ]} En 1765, Matthew Boulton consideró usar una máquina Savery para accionar la rueda hidráulica de su Manufactura de Soho . Llegó incluso a construir un modelo de esta máquina y buscó el consejo de Benjamin Franklin y Erasmus Darwin sobre el tema. ^{[ 15 ]} Sin embargo, en 1768, la promesa de la máquina de balancín de Watt lo convenció de esperar, aunque pasarían varios años hasta que la máquina Kinneil de Watt fuera llevada al sur y reconstruida en Soho. En 1777, Boulton y Watt construyeron una nueva máquina, Old Bess , para su uso. La máquina aún se conserva en el Museo de Ciencias .

Los motores de retorno de agua fueron reemplazados por el motor de balancín rotatorio , que podía accionar directamente la maquinaria rotativa.

• La energía de vapor durante la Revolución Industrial